Енергохолодильні системи вагонів та їх технічне обслуговування
2
- Зміст
- Вступ 2
- 1. визначення площі теплопередаючих поверхонь 4
- 2. Визначення наведеного коефіцієнта теплопередачі кузова вагона 1
- 2.1 Значення коефіцієнта теплопередачі для підлоги вагона 2
- 2.2 Визначення коефіцієнта теплопередачі для даху вагона 3
- 2.3 Визначення коефіцієнта теплопередачі для бокової стіни. 4
- 3. визначення теплонадходжень до приміщення, що охолоджується 1
- 4. Визначення необхідної холодопродуктивності холодильної машини 7
- 5. Опис прийнятої системи охолодження 11
- 6. Побудова холодильного циклу в діаграмі Lg р-і 13
- 7. Вибір компресора та визначення енергетичних коефіцієнтів 16
- 8. розрахунок трубопроводів 21
- 9. Розрахунок конденсатора та випаровувача-повітроохолоджувача 22
- 10. Заправка холодильної установки маслом 24
- 11. Техніко-економічне обгрунтування прийнятих рішень 25
- 12. Основні вимоги охорони праці при експлуатації прийнятої системи охолодження 26
- Література 27
;
2
Рисунок 1.1Основні розміри перерізу кузова вагона
Площа даху вагона, м2, визначається
, (1.3)
де l - довжина дуги даху, м;
(1.4)
де r- радіус сполучення торцевої стіни, м;
R - радіус даху, м;
- кут, що обмежує дугу, градуси.
(1.5)
м
; Площа торцевої стіни, м2, визначається так:
(1.6)
.
загальна площа тепло передаючих поверхонь дорівнює сумі площ тепло передаючих поверхонь елементів вагона, м2
(1.8)
.
2. Визначення наведеного коефіцієнта теплопередачі кузова вагонаосновним показником теплотехнічних якостей кузова вагона є коефіцієнт теплопередачі його огороджень. коефіцієнт теплопередачі характеризується кількістю тепла, що проходить в одиницю часу через 1 м2 площі огороджень, якщо різниця температур по її сторонах складає 1°С. він має вимірність кдж/(м2Кгод) або Вт/(м2К) і позначається буквою Кт.Коефіцієнт теплопередачі можна визначити за наступною формулою: , (2.1)де зов, в- це коефіцієнти тепловіддачі відповідно від зовнішнього повітря зовнішній стінці і від повітря всередині вагона до внутрішньої стінки;i - це коефіцієнт теплопровідності; - це товщина і-го шару.Коефіцієнт тепловіддачі являє собою кількість теплоти, передану від теплоносія до одиниці поверхні стінки за одиницю часу при різниці температур рідкого теплоносія і поверхні стінки в 1С кДж/(м2Кгод) або (Вт/м2К).Величина зов залежить від швидкості і характеру руху повітряного потоку, що обдуває зовнішню поверхню. Чим більше швидкість, тим більше маса повітря, що вступає в теплообмін з поверхнею стін і, тим більше значення зов. Характер потоку - спокійний (ламінарний), при якому струмені повітря рівнобіжні, або із завихреннями (турбулентний) - залежить від його кута в напрямку до поверхні, що обдувається, від характеру самої поверхні і її площі. При більшому куті напрямку потоку і при нерівній (шорсткуватої з виступаючими частинами) поверхні утворюються завихрення, велика частина повітря входить у зіткнення з поверхнею і значення зов збільшується. Якщо поверхня рівна, то чим більше її площа (точніше довжина в напрямку потоку), тим спокійніше характер потоку і менше значення зов.Для вагонів напрямок потоку повітря і поверхні, що обдувається, часто співпадає, або трапляється так, що потік знаходиться під невеликим кутом до більшої частини поверхні - бокових стін, даху і підлоги Конфігурація і характер пасажирських і ізотермічних вагонів, для яких визначаються значення коефіцієнта Kт, приблизно однакові, тому для визначення значення зов можна скористатися емпіричною формулою, у якій змінними величинами є лише швидкість руху вагона і його довжина:зов=; (2.2)де v - швидкість руху потяга, км/год (приймемо v=100 км/год);L - довжина кузова, м.Величина в залежить від тих же показників і параметрів, що і зов. Але швидкості руху повітря всередині вагона значно менше швидкостей атмосферного повітря, а конвективні швидкості в результаті теплообміну між внутрішніми поверхнями і повітрям у вагоні сильно гальмуються внутрішнім устаткуванням. Тому величина в менше величини зов навіть у вагоні, що не рухається. Для поверхонь стін і даху слід приймати в=24 кДж/м2Кгод, а для підлоги - в=21 кДж/м2Кгод.
2.1 Значення коефіцієнта теплопередачі для підлоги вагонаРисунок 2. Переріз підлоги вагона- гума =0,006 м; =0,5688- дерево =0,04 м; =1,296- полістирол =0,14 м; =0,1332- сталь =0,002 м; =208,8Згідно з формулою (2.1) визначаємо коефіцієнт теплопередачі для підлоги:2.2 Визначення коефіцієнта теплопередачі для даху вагонаРисунок 3. Переріз даху вагона- сталь =0,002 м; =208,8- полістирол =0,225 м; =0,1332- деревоволокниста плита =0,045 м; =0,198- алюмінієві сплави =0,002 м; =514,82.3 Визначення коефіцієнта теплопередачі для бокової стіниРисунок 4 Переріз бокової стіни вагона- сталь =0,0015 м; =208,8- полістирол =0,2 м; =0,1332- дерево =0,04 м; =1,296- алюмінієві сплави =0,002 м; =514,8Коефіцієнт теплопередачі для торцевої стіни дорівнює коефіцієнту теплопередачі для бокової стіни, тобто .При розрахунках величини Kт передбачається, що тепло спрямоване перпендикулярно площини стінки. Це цілком справедливо для однорідних стінок. Тому для спрощених розрахунків використовується наступна формула:, (2.3)де Враховуючи зроблені допущення відносно прямолінійності теплового потоку, тобто відсутність додаткових потоків тепла через зони ізоляції через включення металевих та дерев'яних елементів (так звані теплові місточки), збільшимо значення Кт на 1015%. Отже,Кср=(1,11,15)Кт (2.4)3. визначення теплонадходжень до приміщення, що охолоджуєтьсяРозрахунок теплонадходжень до вагона влітку виконується для визначення продуктивності системи охолодження.Влітку тепло до вагона надходить:· через огородження кузова внаслідок перепаду температур повітря зовні та всередині вагона;· внаслідок інфільтрації повітря;· від сонячної радіації;· роботи встановленого у вагоні устаткування;· біологічне тепло, яке виділяють вантажі, що перевозяться;· теплонадходження при попередньому охолодженні вантажуТеплонадходження, кДж/год, крізь огородження кузова визначається за формулою (3.1)де t3ОВ - температура повітря зовні вагона;tв - температура повітря всередині вагона;F - загальна площа вагону;К - середній коефіцієнт теплопередачі.У рефрижераторних вагонах температура повітря у вантажному приміщенні визначається родом вантажу, що перевозиться. У моєму випадку перевозимо фрукти t = 2C, а вологість 90%
Q1=279,56*0,73*(29-2)=5510,13 .
Теплонадходження від сонячної радіації крізь непрозорі огородження, кДж/год, прямо пропорційне інтенсивності сонячної радіації I, коефіцієнту теплопоглинання опроміненої поверхні А, коефіцієнту теплопередачі Кт огородження, що опромінюється, площі огородження F та обернено пропорційне коефіцієнту тепловіддачі від зовнішньої поверхні огородження зовнішньому повітрю зов.
Розрахунок теплонадходжень від сонячної радіації через непрозорі огородження виконується за формулою:
Q3=; (3.2)
Коефіцієнт тепловбирання поверхні, що опромінюється, залежить від роду матеріалу, кольору і стану поверхні. Для металевих порівняно гладких поверхонь значення А приймають у залежності від кольору фарбування. Для автономного рефрижераторного вагону сірого кольору коефіцієнт тепловбирання поверхні дорівнює А= 0,45.
Теплова енергія сонячної радіації, що досягає земної поверхні, вноситься головним чином променями видимої та інфрачервоної області спектра. Основним поглиначем ультрафіолетових променів є озон. Пил, що міститься в атмосфері, викликає сильне поглинання променів короткохвильової частини спектра від ультрафіолетових до синіх. Інфрачервона радіація з довжинами хвиль від 0,9 до 3 мкм помітно поглинається парами води, що знаходяться в повітрі.
Спектральний склад сонячної радіації, що досягає земної поверхні, залежить від висоти сонця над обрієм. Чим вище сонце, тим меншу товщу атмосфери проходить сонячна радіація.
Інтенсивність сонячної радіації залежить також від географічної широти місцевості, пори року, години дня. Крім того, вона приймає різні значення для горизонтальних (дах) і вертикальних (стіни) поверхонь.
Повний вплив сонячної радіації складається з прямого опромінення Сонцем (пряма сонячна радіація) і опромінення з боку атмосфери, що розсіює сонячні промені (розсіяна сонячна радіація).
Інтенсивність прямої сонячної радіації, кДж/м2год, на поверхню, перпендикулярну до напрямку променів, можна визначити за наступною формулою:
, (3.3)
де 4900 - сонячна стала;
h - висота Сонця, град або рад (h = 46)
- коефіцієнт прозорості атмосфери, що змінюється в межах від 0,7 до 0,8 ( = 0,75).
Висота Сонця h обчислюється за формулою:
sinh=sin sin +cos coscos, (3.4)
де - географічна широта (=550);
- схилення Сонця();
- годинний кут ().
Оскільки 1 годині відповідає поворот Землі навколо осі на рад (15), то =1 рад, або =151 град, де 1 - місцевий час в годинах, який відлічується після півдня.
Отримуємо:
Sinh=sin55*sin20+cos55*cos20*cos45=0.6585
І інтенсивність прямої сонячної радіації:
In=4900*(0,6585/0,6585+((1-0,75/0,75)))=3252,999
Інтенсивність прямої сонячної радіації на горизонтальних і вертикальних поверхнях плоских конструкцій огородження, до яких можуть бути віднесені дахи і стіни вагонів, виражаються відповідно формулами:
(3.5)
Iдах=3252,999*0,6585=2142,09
, (3.6)
де с- це азимут Сонця ()
x - кут, що визначає положення вертикальної поверхні відносно меридіана( x=00).
sinс= (3.7)
sinс=cos20*sin55/cos46=1,1
Iст=3252,999*cos46°*sin(73°-0)=2485,7
Для визначення інтенсивності повної сонячної радіації необхідно скласти інтенсивності прямої і розсіяної радіації. Інтенсивність розсіяної сонячної радіації, що діє на горизонтальну поверхню, можна визначити по формулі:
(3.8)
Інтенсивність розсіяної сонячної радіації, що діє на вертикальну поверхню, приймається рівній половині інтенсивності розсіяної сонячної радіації, що діє на горизонтальну поверхню.
(3.9)
Інтенсивність повної сонячної радіації, що діє на горизонтальну поверхню:
(3.10)
Iдах=2142,09+199,52=2341,61
Інтенсивність повної сонячної радіації, що діє на вертикальну поверхню:
(3.11)
Iст=2485,7+99,76=2585,46
Теплонадходження сонячної радіації через непрозорі огородження.
Вважаємо, що сонячна радіація діє лише на дах та одну бокову стіну:
= (3.12)
Q3дах=2341,61*0,45*0,51*80,22/218,25=197,53
= (3.13)
Загальні теплонадходження:
(3.14)
Циркуляція повітря у вантажному приміщенні вагона здійснюється вентиляторами, електродвигуни яких виділяють певну кількість тепла:
, (3.15)
де N - потужність, що споживається електродвигунами, кВт. Потужність електродвигунів кожного не перевищує 11,5 кВт
n - кількість вентиляторів у вагоні;
- коефіцієнт, що враховує тривалість роботи вентиляторів на добу
Величина обчислюється за формулою , де tp=22 год - тривалість роботи вентиляторів на протязі доби ().
Теплонадходження від встановленого у вагоні устаткування Q5 дорівнюють сумарній потужності постійно працюючих споживачів електроенергії.
(кДж/год) (3.10)
де N - потужність, кВт (для рефрижераторних вагонів 3 кВт).
(кДж/год)
при розрахунку теплонадходжень у рефрижераторні вагони, крім зазначених вище факторів, необхідно враховувати також, що біологічно активні вантажі (свіжі овочі та фрукти) виділяють тепло. Кількість останнього можна обчислити за формулою:
(3.11)
де ван - густина завантаження, кг/м3. Вона залежить від особливостей вантажу та його упаковки. Для попередніх розрахунків рекомендується приймати ван=280 кг/м3.
- частина упаковки в загальній масі вантажу. Вона також залежить від особливостей вантажу та його упаковки. Рекомендується приймати =0,15.
qван - біологічне тепло, кДж/кггод (Вт/кг). Для фруктів 0,079.
Vван - об'єм вантажу, який залежить від висоти завантаження плодоовочів (Vван=108).
Q6=108*280*0.079*(1-0.15)=2030.6 кДж/кг
Значна частина вантажів завантажується у вантажне приміщення рефрижераторних вагонів в неохолодженому стані. Це вимагає значних витрат потужності холодильних машин на доведення вантажу для стану перевезення. Кількість тепла, яке в цьому випадку повинно відводитися від вантажу, обчислюється за формулою:
(3.12)
де Сван - питома теплоємність вантажу (нетто);
Ст - питома теплоємність упаковки (тари);
- тривалість охолодження. Вона знаходиться в межах від 60 до 72 годин.
4. Визначення необхідної холодопродуктивності холодильної машиниДля визначення необхідної холодопродуктивності потрібно побудувати І-d діаграми процесів обробки вологого повітря АПВ. Для побудови діаграми нам відома середня температура у вагоні tв=20С в місці розташування контрольного термометра. У різних точках вагона температура буде неоднаковою. Найнижча температура буде на виході з повітроохолоджувача. Пройшовши через робочу зону вагона, повітря асимілює всю теплоту, що надійшла до вагона. При цьому воно нагріється. Тому найбільш висока температура буде на вході до повітроохолоджувача. Коливання температури на вході та виході з робочої зони вагона складуть близько 46°С. Якщо задати означену різницю температур tб-tа, можна знайти температуру повітря на вході і виході з вагона: (4.1) , (4.2)де tв - внутрішня температура у вагоні;tб -ta = 40 C - коливання температури на вході і виході з робочої зони вагона.Навіть до цілком справного вагона при закритих шиберах вентиляційної системи під час руху надходить інфільтраційне повітря. З практики відомо, що його обєм складає до 50 м3/год. Для зручності розрахунків приймаємо, що половина інфільтраційного повітря домішується безпосередньо перед повітроохолоджувачем, а друга половина безпосередньо за ним. Вважаємо, що вологість повітря на вході до вагона складе =85% та вантаж під час руху вологи не виділяє.Тоді за відомими значеннями температури і відносної вологості зовнішнього повітря tзов=290С, та зов=50% наносимо на І-d діаграмі точку 3, яка відповідає параметрам зовнішнього повітря (див. рисунок 4.1). На точці перетину ізотерми Іа=соnst (ta=0) і лінії рівної відносної вологості =85% наносимо точку А, яка характеризує параметри повітря на вході у вагон. Процес нагріву повітря у вагоні йде без зміни вмісту вологи, тому з точки А необхідно провести лінію d=соnst до перетину з ізотермою tб=соnst. Таким чином, буде знайдене положення точки Б, що характеризує параметри повітря на виході з робочої зони вагона. На шляху до повітроохолоджувача домішується інфільтраційне повітря. Отже, точка Д, яка відповідає параметрам повітря на вході до повітроохолоджувача, буде знаходитися на відрізку Б-3 (рисунок 4.1), причому довжина відрізку БД знайдеться, як, (4.3)де ;І6 - ентальпія у точці Б (12); Іа - ентальпія у точці А (8).Q - сумарне теплонадходження у вагон, кДж/год; кДж/год,де Q1 - теплонадходження крізь огородження кузова;Qз - загальні теплонадходження за рахунок сонячної радіації черех дах та одну бокову стінку вагона;Q4 - теплонадходження від двигунів вентиляторів;Q5 - теплонадходження від встановленого у вагоні устаткування;Страницы: 1, 2
